TWI730681B - 確定晶片方位的設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於確定安裝在膠帶上的晶片的方位的設備包括成像裝置，光源和輸送機構。所述晶片至少部分是半透明的，並且包括至少一個用於指示所述晶片的方位的方位特徵。在使用中，所述輸送機構傳送所述膠帶以將所述晶片定位於所述成像裝置與所述光源之間的檢測位置處。所述光源將光投射於所述成像裝置，所述成像裝置採集圖像。所述晶片的所述至少一個方位特徵阻擋穿過所述晶片的所述光源的投射光，以使所採集圖像包括所述至少一個方位特徵的圖像，從而可以確定所述晶片的方位。

Description

確定晶片方位的設備
本發明涉及一種用於諸如紅色、綠色或藍色(RGB)LED晶片的晶片方位確定設備。
電子裝置的製造過程通常包括將晶片鍵合在載體襯底或電路板上。在一些情況下，晶片相對於載體襯底或電路板上其他元件的方位很重要，因為如果晶片的方位不正確，則電子設備可能無法工作。因此，為了確保以正確的方式鍵合晶片，通常在鍵合工藝之前確定晶片的方位。
為了便於確定晶片的方位，某些類型的晶片(例如RGB LED晶片)可以包括用於指示晶片方位的方位特徵(或極性標記特徵)。已經開發了幾種現有技術方法，以通過檢測晶片所包括的方位特徵來確定晶片的方位。這些方法通常涉及使用相機採集晶片的圖像並檢測圖像中顯示的方位特徵。對於某些類型的晶片，方位特徵位於晶片的頂面，位於晶片上方的俯視相機所採集的圖像可以非常清楚地顯示該方位特徵。因此能夠以相對直接的方式確定這種晶片的方位。但是，對於某些其他類型的晶片(例如，尺寸在大約3x5mil到大約5x9mil之間的倒裝LED晶片)，方位特徵可以位於晶片的底面上或晶片內。在這些情況下，由於晶片的其他部分和/或安裝晶片的膠帶可能會阻擋相機與晶片之間的視線，所以採集方位特徵的清晰圖像可能會更加困難。
圖1A示出了其內具有第一、第二和第三方位元特 徵102b、104b、106b的各個LED晶片100的示例。具體地，圖1A示出了由光學顯微鏡採集的LED晶片100的俯視圖，圖1B示出了一個LED晶片100的剖視圖。如圖1A所示，LED晶片100包括紅色LED 102、綠色LED 104和藍色LED 106。紅色LED 102包括一對第一電極102a和第一方位特徵102b，綠色LED 104包括一對第二電極104a和第二方位特徵104b，藍色LED 106包括一對第三電極106a和第三方位元特徵106b。第一、第二和第三方位元特徵102b、104b、106b分別用於指示紅色LED 102、綠色LED 104和藍色LED 106的方位。如圖1B更清楚地所示，LED晶片100包括佈置於電極102a、104a、106a上方的外延層108。在如圖1A所示的LED晶片100中，方位特徵102b、104b、106b位於晶片100內，特別是在外延層108內(儘管在其他類型的LED晶片中，方位特徵102b、104b、106b可分別位於電極102a、104a、106a的內部)。LED晶片100還包括其上設置有外延層108的藍寶石層110。電極102a、104a、106a以不透明金屬層的形式存在。方位特徵102b、104b、106b也基本上是不透明的。另一方面，外延層108和藍寶石層110是半透明的。
圖2A示出了用於確定LED晶片100方位的現有技術設備200的剖視圖。參照圖2A，現有技術設備200包括俯視相機202和附接到俯視相機202側面的上下照射模組204。在使用中，LED晶片100安裝於聚酯膠帶(mylar tape)206上，電極102a、104a、106a與聚酯膠帶206相接觸。傳送聚酯膠帶206以將LED晶片100移動到如圖2A所示的俯視相機202的下方位置。當LED晶片100處於該位置時，照射模組204將同軸光線208(例如白光)向下投射於LED晶片100上。這用於提供總體照射，使得聚酯膠帶206的頂面以及LED晶片100的總 體輪廓對於俯視相機202可見。照射模組204的光線經方位特徵102b、104b、106b反射後到達俯視相機202，然後，俯視相機202採集LED晶片100的圖像。圖2B是由設備200的俯視相機202採集的LED晶片100的圖像220的示例。如圖2B所示，圖像220包含大量噪音，並且方位特徵102b、104b、106b幾乎不可見。這是因為經方位特徵102b、104b、106b反射的光線大部分為晶片100的藍寶石層110所折射和/或由於幾何效應(例如，參見反射光線210)的原因而在藍寶石層110和外延層108之間的介面處散射。所以，這些光線沒有到達俯視相機202。因此，到達俯視相機202的光的強度比照射模組204的光的強度低很多。由此可知，所採集的圖像220品質很差。因而，使用現有技術的設備200很難準確確定晶片100的方位。此外，與各個LED 102、104、106的尺寸相比，方位特徵102b、104b、106b通常較小。例如，每個LED 102、104、106的橫截面積可以為大約220μm×130μm，而每個方位特徵102b、104b、106b的直徑可以在大約40μm至大約60μm的範圍內。這就增加了雜訊圖像中方位特徵102b、104b、106b的檢測難度。
本發明的目的是提供一種新的有用的晶片方位確定設備。
根據本發明的一個態樣，提供了一種用於確定安裝在膠帶上的晶片的方位的設備。其中，所述晶片至少部分是半透明的，並且包括至少一個用於指示所述晶片方位的方位特徵，所述設備包括：成像裝置，用於採集所述晶片的圖像；光源，用於向所述成像裝置投射光；以及輸送機構，能夠傳送所述膠帶以將所述晶片定位於所述成像裝置與所述光源之間的檢測位置處，所 述晶片的所述至少一個方位特徵阻擋穿過所述晶片的所述光源的投射光，以使所採集圖像包括所述至少一個方位特徵的圖像，從而能夠確定所述晶片的方位。
通過提供上述設備，所述成像裝置能夠採集更清晰地顯示所述至少一個方位特徵的高品質圖像。這是因為所述光源用於將光投射到所述成像裝置(與現有技術設備相反，在現有技術設備中，所述光源用於將光投射到所述晶片，然後將光反射到所述成像裝置)。由此可知，更高強度的光能夠到達所述成像裝置並且可以獲得更清晰的圖像。此外，所述晶片在所述檢測位置時仍安裝於所述膠帶上(換言之，無需從所述膠帶上取下所述晶片)。這就允許在電子設備的製造過程中即時檢測所述晶片，繼而可以提高製造過程的生產率。
所述設備可以進一步包括用於保持所述光源的保持單元。所述保持單元可以包括開口，所述光源用於透過所述開口投射光。所述保持單元的所述開口有助於投射光朝所述晶片聚焦，繼而可以採集更清晰的圖像。例如，所述保持單元可以是能夠將所述晶片驅離所述膠帶的頂推單元。幾種現有設備中已經存在這樣的頂推單元，因此，無需附加器件來保持所述光源。
所述成像裝置和所述檢測位置可以位於以所述保持單元的所述開口為中心的視錐內。例如，所述成像裝置、所述檢測位置以及所述保持單元的所述開口可以沿著垂直於所述膠帶的軸線佈置。這有助於所述光源的光向所述成像裝置聚焦。
所述成像裝置和所述光源佈置於所述膠帶的相對側。例如，所述光源可佈置於所述膠帶下方，所述成像裝置可佈置於所述膠帶上方。由於所述晶片的所述至少一個方位特徵通常更靠近所述晶片的底部，因此將所述光源佈置於所述膠帶下方能 夠有助於減少在投射光到達所述至少一個方位特徵之前所述投射光的畸變量。這可以說明提高所述成像裝置所採集的圖像的品質。此外，大多數現有設備已經包括了位於所述膠帶上方的成像裝置，因而，所述成像裝置和所述光源的上述佈置可以減少對現有設備必要的改動。
所述光源可以包括用於投射多條光線的多個發光元件。這可以幫助增加投射光的強度，繼而可以改善所述成像裝置採集的圖像品質。例如，所投射的多條光線可以彼此相交。在更具體的示例中，所投射的多條光線可以在位於所述檢測位置處的所述晶片的上方彼此相交。或者，所投射的多條光線可以彼此間隔開。例如，所投射的多條光線可以形成扇形。
所述發光元件可以關於軸線對稱佈置，所述成像裝置、所述檢測位置以及所述保持單元的所述開口沿所述軸線佈置，使得通過所述晶片的投射光的強度更加平衡，繼而獲得更高品質的採集圖像。
所述檢測位置與所述保持單元的所述開口之間的距離在0mm至2mm的範圍內。通過將所述保持單元的所述開口佈置於更靠近所述檢測位置處，投射光在到達所述晶片之前可能具有較小畸變。
100:LED晶片
102:紅色LED
102a:第一電極
102b:第一方位特徵
104:綠色LED
104a:第二電極
104b:第二方位特徵
106:藍色LED
106a:第三電極
106b:第三方位特徵
108:外延層
110:藍寶石層
200:現有技術設
202:俯視相機
204:照射模組
206:聚酯膠帶
208:同軸光線
210:反射光線
220:圖像
300:方位確定設備
302:晶片
304:膠帶
306:檢測位置
308:成像裝置
310:照射模組
312:發光元件
314:光線
316:保持單元
318:蓋子
320:頂針
322:開口
324:縱軸
326:距離
330:光反射器
332:反射器開口
334:准直器光導
336:光導開口
338:光擴散器
340:擴散器開口
344:側壁
350:保持單元
352:半透明體
354:光擴散器
400:圖像
圖1A示出了光學顯微鏡採集的各個RGB LED晶片的俯視圖。
圖1B示出了圖1A所示LED晶片的剖視圖。
圖2A示出了用於確定圖1A和圖1B所示LED晶片的方位的現有技術設備的剖視圖。
圖2B是圖1A所示LED晶片圖像的示例，該圖像由圖2A所示現有技術設備的相機採集。
圖3示出了根據本發明實施例的用於確定安裝在膠帶上的晶 片的方位的設備的剖視圖。
圖4是圖3所示設備的成像裝置採集的圖像的示例。
圖5示出了形成扇形的多條投射光線。
圖6示出了設備的保持單元的實施例，該設備將光擴散器併入保持單元。
圖7示出了設備的保持單元的實施例，其中該保持單元的表面包括光擴散器。
圖8A-圖8B是具有半透明體的保持單元的俯視圖和側面剖視圖。
圖3示出了根據本發明實施例的用於安裝在膠帶304上的晶片302的方位確定設備300的剖視圖。膠帶304以聚酯膠帶的形式存在。晶片302包括透明元件和不透明元件，其中不透明元件包括至少一個用於指示晶片302方位的方位特徵。設備300可以是晶片分選機和晶片附接機的一部分。
設備300包括以採集圖像的俯視相機形式存在的成像裝置308。照射模組310附接於成像裝置308的一側。設備300還包括將光投射到成像裝置308的光源。特別地，光源包括向成像裝置308投射多條光線314的多個發光元件312。儘管未在圖3中示出，設備300還包括用於傳送膠帶304以將晶片302定位在成像裝置308與光源之間的檢測位置306處的輸送機構。
設備300還包括用於保持光源的保持單元316。在設備300中，保持單元316以頂推單元的形式存在，該頂推單元能夠將晶片302驅離膠帶304，光源以頂推單元內的背光源的形式存在。如圖3所示，保持單元316包括以頂出蓋形式存在的蓋子318以及位於蓋子318內部的頂針320。保持單元316還包括開口322，其位於檢測位置306下方的蓋子318的頂面。頂針320能夠移動穿過開口322以接觸並抬升晶片302，從而將晶片302 驅離膠帶304。這有助於通過拾取元件取回晶片302，以將晶片302轉移到另一位置做進一步處理。光源用於透過蓋子318的開口322投射光。
如圖3所示，光源和檢測位置306佈置於成像裝置308的光學觀察區域的下方。特別地，沿著垂直於水平膠帶304的縱軸324調節成像裝置308，檢測位置306以及保持單元316的開口322。因此，成像裝置308和檢測位置306位於以保持單元316的開口322為中心的視錐內。此外，成像裝置308和光源佈置於膠帶304的相對側。更具體地，光源佈置於膠帶304下方，成像裝置308佈置於膠帶304上方。如圖3所示，發光元件312關於縱軸324對稱佈置。
在使用中，輸送機構傳送膠帶304以將每個晶片302定位於檢測位置306處。當晶片302在檢測位置306處時，照射模組310向下投射白色同軸光線以提供總體照射，從而使膠帶304的頂面和晶片302的總體輪廓對成像裝置308可見。同時，發光元件312將多條光線314向上投射到成像裝置308。特別地，多條光線314穿過膠帶304到達位於檢測位置306處的晶片302的底面，接著穿過晶片302到達成像裝置308。如圖3所示的實施例，投射的多條光線314在位於檢測位置306處的晶片302的上方彼此相交。然後，成像裝置308採集位於檢測位置306處的晶片302的圖像。檢測位置306位於成像裝置308和光源之間，使得晶片302的至少一個方位特徵阻擋發光元件312的投射光，以使採集的圖像(位於檢測位置306的晶片302的圖像)包括至少一個方位特徵的圖像。接著，該採集的圖像用於檢測至少一個方位特徵，以確定晶片302的方位。
設備300可用於確定包括至少一個方位特徵的任 何類型的晶片302的方位。例如，晶片302可以是用於投射可見波長光的倒裝LED晶片。在更具體的示例中，晶片302可以是圖1A所示的LED晶片100。晶片302的至少一個方位特徵可以位於外延層(例如，圖1B中的外延層108)處或晶片302的電極內(例如，圖1B中電極102a、104a、106a內)。此外，晶片302可以具有任何尺寸，特別是小於1×1mm的尺寸。
如上所述，當使用設備300時，光源將光投射到成像裝置308。換言之，將發光元件312的光線314引導至成像裝置308，因此，到達成像裝置308的光的強度與發光元件312的光的強度沒有太大差異。這有助於獲得品質更好的圖像，其可以更清楚地顯示晶片302的至少一個方位特徵。
圖4是當每個晶片302為如圖1A和圖1B所示LED晶片100時成像裝置308所採集的圖像400的示例。如圖4所示，各個晶片302的圖像400包含較少的噪音。因此，與圖2B中現有技術設備200所採集的圖像220相比，方位特徵102b、104b、106b得以更清楚地顯示。
可以對上述實施例進行各種修改。
例如，儘管照射模組310提供的總體照射可以進一步增加到達成像裝置308的光的強度，但可以省略掉這種總體照射。例如，設備300可不包括照射模組310。或者，設備300可包括照射模組310，但可在設備300運行過程中關閉照射模組310。
而且，光源不需要包括多個發光元件312，相反地，其可以包括單個發光元件312。單個發光元件312可以沿軸線324佈置於保持單元316的開口322下方。
另外，光源、成像裝置308以及保持單元316不必 以如圖3所示的方式佈置，而以另外一種方式佈置，只要晶片302的至少一個方位特徵可以阻擋光源的光線314到達成像裝置308即可。例如，相反地，可以將光源佈置於膠帶304上方而將成像裝置308佈置於膠帶304下方。此外，可以將成像裝置308和保持單元316的開口322沿相對於膠帶304成不同角度的軸線佈置，而不是沿垂直於膠帶304的縱軸324佈置。
不需要以圖3所示的方式佈置多個發光元件312。相反地，每個發光元件312可以相對於軸線324以不同的角度佈置，只要發光元件312所投射的光可以透過保持單元316的開口322即可。此外，不需要將發光元件312關於軸線324對稱佈置。
每個發光元件312可以以LED器件、鐳射二極體或能夠通過晶片302投射光的任何其他類型的元件的形式存在。進一步地，每個發光元件312所投射的光可以是白光或其他類型的光。而且，光源所投射的光的波長可以變化。例如，為了獲得更好的圖像品質，可以基於用於形成晶片302的材料的透射率來調節投射光的波長。
另外，所投射的多條光線314不需要在晶片302上方彼此相交。相反地，所投射的多條光線314可以在沿著軸線324的任何位置處彼此相交。在一些實施例中，所投射的多條光線314甚至可以彼此間隔開，例如，如圖5所示，所投射的多條光線314可以形成扇形。
此外，只要光源在保持單元316內投射的光能夠穿過檢測位置306處的晶片302到達成像裝置308，就可以將保持單元316佈置在膠帶304下方的任何位置。例如，保持單元316可以佈置為使得檢測位置306與保持單元316的開口322之間的距離326(參見圖3)在0mm(換言之，蓋子318的頂面與膠帶 304相接觸)到2mm的範圍內。
並且，保持單元316不必是頂推單元，還可以是其他類型的器件，該器件包括位於頂面的供光源所投射的光穿過的開口。另外，保持單元316不需僅包括單個開口322，相反地，其可以包括多個開口。定位這些開口，使得光源所投射的光能夠穿過位於檢測位置306處的晶片302以到達成像裝置308。此外，成像裝置308可以以電荷耦合裝置(CCD)的形式存在，或者以其他類型的成像裝置的形式存在。
圖6示出了設備300的保持單元316的實施例，其將光擴散器338併入保持單元316。該實施例的保持單元316同樣具有不透明蓋子，但發光元件312通常佈置為便於水平引導發光元件312所發出的光線。光反射器330佈置於發光元件312下方，以向上引導所發出的光線。光反射器330包括供頂針320穿過的反射器開口332。
准直器光導334定位於發光元件312上方，以准直所發出的光線並將其引向光擴散器338，該光擴散器能夠擴散垂直於光路的任何光，光路指向保持單元316的開口322。因此，光擴散器338傳播的光線314主要引向開口322。這一特徵可以減少晶片302對光線314的散射和折射，並有助於改善所採集圖像的對比度。准直器光導334和光擴散器338分別包括光導開口336和擴散器開口340，以供頂針320穿過。
僅透過開口322投射多條光線314，由於只照亮了目標晶片302，因此可以實現更精確的照射。這可以提高所採集圖像的對比度。但是，也可以照亮包括其他晶片的更大區域，從而可以同時檢測多個晶片。
圖7示出了設備300的保持單元316的實施例，其 中保持單元316的表面包括光擴散器338形式的半透明體。發光元件312通常佈置為便於水平引導發光元件312所發出的光線。光反射器330佈置於發光元件312下方，以向上引導所發出的光線。光反射器330包括供頂針320穿過的反射器開口332。
准直器光導334定位於發光元件312上方，以准直所發射的光線並將其引向光擴散器338，該光擴散器能夠擴散垂直於光路的任何光，所述光路被引向成像裝置308。因此，光擴散器338傳播的光線314主要引向成像裝置308。在該實施例中，光擴散器338形成保持單元316的半透明頂面，而不透明側壁344圍繞保持單元316的周邊。類似於前一實施例，准直器光導334和光擴散器338分別包括供頂針320穿過的光導開口336和擴散器開口340。
圖8A示出了具有半透明體的保持單元350的俯視圖。保持單元350在其中心處具有供頂針320穿過的開口322，以及位於保持單元350頂面下方的發光元件312。保持單元實質上包括半透明體352。
圖8B示出了保持單元350的側視截面圖。發光元件312通常佈置為便於水平引導發光元件312所發出的光線。發光元件312安置於為光擴散器354形式的半透明體內，使得保持單元350看起來是半透明的。雖然光線一般由發光元件312水平投射，但是光擴散器354能夠擴散任何垂直於指向成像裝置308的光路的光。因此，主要沿保持單元350和成像裝置308之間的光路朝成像裝置308引導光擴散器354傳播的光線314。
如圖7、圖8A、圖8B所示的實施例具有以下效益：光是從相應保持單元316、350的整個頂面投射的，並且這種更大的投射區域允許在成像裝置308所採集的一個圖像中檢測多 個晶片302的方位。
雖然，以上已對本發明進行了具體描述，但是，還可以對本發明輕易地做出各種變化、修改和/或添加。應當理解，對本發明做出的所述變化、修改和/或添加落入上述說明書的精神和保護範圍之內。
300:方位確定設備
302:晶片
304:膠帶
306:檢測位置
308:成像裝置
310:照射模組
312:發光元件
314:光線
316:保持單元
318:蓋子
320:頂針
322:開口
324:縱軸
326:距離

Claims (16)

  1. 一種用於確定安裝在膠帶上的晶片的方位的設備，其中，所述晶片至少部分是半透明的，並且包括至少一個用於指示所述晶片的方位的方位特徵，所述設備包括：成像裝置，用於採集所述晶片的圖像；光源，用於向所述成像裝置投射光；保持單元，用於保持所述光源，其中，所述保持單元包括開口，所述光源用於投射透過所述開口的光，並且，所述保持單元是能夠將所述晶片驅離所述膠帶的頂推單元；以及輸送機構，能夠傳送所述膠帶以將所述晶片定位於所述成像裝置與所述光源之間的檢測位置處，所述晶片的所述至少一個方位特徵阻擋穿過所述晶片的所述光源的投射光，以使所採集圖像包括所述至少一個方位特徵的圖像，從而能夠確定所述晶片的方位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中，所述頂推單元包括頂針，所述頂針能夠移動穿過所述開口以接觸所述晶片，從而將所述晶片驅離所述膠帶。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中，所述成像裝置和所述檢測位置位於以所述保持單元的所述開口為中心的視錐內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中，所述成像裝置、所述檢測位置以及所述保持單元的所述開口沿著垂直於所述膠帶的軸線佈置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中，所述成像裝置和所述光源佈置於所述膠帶的相對側。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中，所述光源佈置 於所述膠帶下方，並且所述成像裝置佈置於所述膠帶上方。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中，所述光源包括用於投射多條光線的多個發光元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中，所投射的多條光線彼此相交。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中，所投射的多條光線在位於所述檢測位置處的所述晶片的上方彼此相交。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中，所投射的多條光線彼此間隔開。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之設備，其中，所投射的多條光線形成扇形。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之設備，還包括：光反射器，佈置於所述多個發光元件下方，並且用於將所述多條光線引向所述成像裝置；准直器光導，能夠准直由所述光反射器反射的光線；光擴散器，能夠擴散垂直於所述保持單元與所述成像裝置之間的光路的任何光線。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中，所述發光元件關於軸線對稱佈置，所述成像裝置、所述檢測位置以及所述保持單元的所述開口沿所述軸線佈置。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中，所述檢測位置與所述保持單元的所述開口之間的距離在0mm至2mm的範圍內。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中，所述保持單元的表面包括具有半透明頂面的半透明體，所述半透明體能夠投射光以穿過包括多個晶片的區域，從而能夠同時確定多個晶片的方 位。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中，所述半透明體包括光擴散器，所述光擴散器能夠擴散垂直於所述保持單元與所述成像裝置之間的光路的任何光線，並且能夠引導主要沿所述光路的光線。
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